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Correlizer I genomi sono fantastici custodi delle informazioni genetiche degli esseri viventi e sono il risultato di infinite replicazioni evolutive, di mutazioni e della selezione naturale.
L’organizzazione sequenziale dei genomi e la sua relazione con la struttura tridimensionale degli stessi, è tuttora un problema in gran parte irrisolto.


I genomi organizzano le funzioni cellulari, ma sono responsabili anche di quelle a livello organico e persino di quelle complesse alla base del funzionamento della mente umana.

Le informazioni genetiche contenute nelle cellule umane (il genoma appunto) si presentano come un doppio set di 23 molecole di DNA (cromosomi), che combinati consistono in ~3x10^9 coppie base (bp = base pairs); tutti questi dati si possono memorizzare in ~2.80 GB di spazio.
L’intero genoma, la cui lunghezza complessiva si aggira sui 2m, è contenuto nei piccoli nuclei delle cellule il cui diametro è di ~10 µm per un volume complessivo di circa 500 µm^3. Per confronto, provate a immaginare la vostra chiavetta USB grande come una sfera di un centesimo di millimetro!!

 

L’organizzazione sequenziale dei genomi e la sua relazione con la loro struttura tridimensionale è tutt’ora un problema in gran parte irrisolto. Il progetto Correlizer (su piattaforma BOINC) è stato sviluppato proprio per svelare questi misteri.

Nucleus-ACGT
I ricercatori del progetto hanno scoperto che esistono delle correlazioni matematiche (in particolare del tipo conosciuto come “leggi di potenza”) per quasi l’intera gamma osservabile di 132 sequenze cromosomiche complete, di lunghezza compresa tra 0.5 x 10^6 bp e 3.0 x 10^7 bp. La provenienza di queste sequenze è varia, dai micro-organismi unicellulari come l’Archaea ai batteri, dai funghi alla Drosofila (il moscerino) sino all’homo sapiens.


Analysis
I coefficienti di correlazione locali mostrano un andamento multi-scalare, con alcune caratteristiche specifiche in funzione della specie esaminata: andamento pressoché casuale se ci si riferisce a catene corte, composte da poche coppie di base, che invece presenta un primo punto massimo tra i 40 e i 3400 bp (in alcuni casi suddiviso in due sub-massimi, come ad esempio per la Drosofila), e spesso una regione con uno o più massimi tra i 10^5 e i 3 x 10^5 bp. Si è notata poi una ulteriore sotto-struttura se vengono considerati anche i codoni (sequenza specifica di 3 nucleotidi, tripletta, necessaria durante la sintesi proteica), in tutte le sequenze tranne che in quelle umane, nelle quali essa è correlata al nucleosoma.



Se si utilizzano delle sequenze cromosomiche verosimili generate casualmente dal computer, e vi si applicano delle mutazioni (semplici rimpasti delle sequenze), le correlazioni originarie vengono completamente annullate e rimpiazzate da altre. In pratica la stabilità delle correlazioni sembra essere strettamente legata all’evoluzione, e inoltre essa è connessa alla struttura spaziale del genoma, specialmente su larga scala (sequenze lunghe).
Concludendo si è scoperto che i genomi mostrano una complessa organizzazione sequenziale, strettamente correlata alla loro struttura tridimensionale; questo ha portato a tutta una serie di nuove ipotesi sui genomi. Questo fatto è molto importante per una complessiva migliore comprensione dei genomi.
Sfruttando le moderne efficienti tecniche di sequenziamento, ora si può sequenziare interi genomi in un solo giorno e a costi molto bassi. Sono già migliaia i genomi completamente sequenziati nei database pubblici ed è ovvio che l’analisi delle sequenze diventerà sempre più importante.

Il progetto Correlizer nasce proprio per rivelare i misteri che stanno attorno all’organizzazione dei genomi, e in prospettiva per gettare le basi per nuovi metodi di diagnostica e trattamento delle malattie.


L’applicazione è stata sviluppata dal gruppo Biophysical Genomics del Dipartimento di Biologia cellulare presso l’Erasmus Medical Center (Rotterdam, Olanda), e distribuito dall’Erasmus Grid Office appartenente alla stessa struttura. Il server invece è messo a disposizione dal gruppo Genome Organization & Function, BioQuant Center/German Cancer Research Center (Heidelberg, Germania).



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